Звукосниматель электрофона

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
В извлекаемой пластмассовой оправке синего цвета закреплена игла на держателе.

Звукоснима́тель — узел, часть электропроигрывающего устройства (ЭПУ) электрофона, электропроигрывателя (электрофон без встроенного усилителя низкой частоты), радиолы, магниторадиолы, телерадиолы (телевизор с ЭПУ) и др.

В конструкцию звукоснимателя входит:

  • игла́ звукоснима́теля;
  • голо́вка звукоснима́теля — устройство, преобразующее механические колебания иглы электрофона, возникающие при проигрывании грампластинки, в электрические сигналы;
  • тонáрм — рычаг на проигрывателе грампластинок (электрофоне), к которому крепится головка звукоснимателя с иглой, обеспечивает перемещение иглы поперёк грампластинки по звуковой дорожке.
Тонарм типичной радиолы 1950-х гг. Сменные иглы, металлические или корундовые, крепятся в пьезоэлектрическом звукоснимателе зажимным винтом.[1]

Игла звукоснимателя[править | править вики-текст]

Слева (а) — стальная патефонная игла.
Справа (б) — игла электрофона (кристалл на держателе).
Так как одна стальная игла была рассчитана только на одно проигрывание, в патефоне был отсек для хранения иголок.

Игла́ звукоснима́теля — игла, перемещающаяся заострённым (коническим) концом по звуковой дорожке, при этом её неровности заставляют иглу колебаться с определённой частотой, тем самым позволяя услышать записанный на грампластинку звук.

Патефонная (граммофонная) игла — заострённый стальной стержень, острый конец — сфера определённого радиуса. Патефонная игла вставлялась в держатель, соединённый с мембраной, игла закреплялась в нём винтом. Стальная патефонная игла служила недолго, всего несколько минут работы, затем она стачивалась и её следовало заменить, иначе она начала бы портить пластинки. На конвертах советских грампластинок всегда размещалось предупреждение о недопустимости использования играных игл.

Игла для электрофона представляет собой маленький кристалл твёрдого минерала, закреплённый на металлическом держателе. В недорогих иглах используется кристалл корунда, в дорогих — кристалл значительно более твёрдого алмаза. Металлический держатель кристалла через демпфер закрепляется в пластмассовой оправке.

Размеры кристалла, закреплённого на держателе для воспроизведения с любых долгоиграющих (моно-, стерео- или квадро-) пластинок одинаковы: радиус закругления конической части 18±5 мкм, диаметр 0,35 мм. Для лучшего огибания извилин канавки иглой и более полного соответствия колебаний иглы колебаниям резца при записи применяют иглы эллиптического сечения (большая ось эллипса ориентирована поперёк канавки грампластинки).

Игла электрофона (кристалл на держателе в пластмассовой оправке) устанавливается в голову звукоснимателя.

Головка звукоснимателя[править | править вики-текст]

Тонарм радиолы «Вега-323 стерео» с стереофонической пьезоэлектрической головкой, на «флажке» символ «два перекрещивающихся кольца».
Грампластинка на 45 оборотов с большим отверстием (группа Smokie, запись фирмы «Балкантон», Болгария) проигрывается монофонической пьезоэлектрической головкой, на «флажке» символ «треугольник».

Головки звукоснимателя выполняются, как правило, легкосъёмными, с штекерным разъёмом, что позволяет при неисправности их легко заменить.

Головки звукоснимателя предназначаются для:

  1. монофонических записей;
  2. стереофонических записей;
  3. квадрофонических записей.
Если монофонической головкой воспроизводить стереофоническую грампластинку — разумеется, будет монофоническое звучание. Если квадрофонической головкой воспроизводить стереофоническую грампластинку — разумеется, будет только стереофоническое звучание.

По физическому принципу, используемому для преобразования механических колебаний в электрические сигналы головки звукоснимателя делятся на:

  1. пьезоэлектрические (пьезоэффект);
  2. магнитные (закон электромагнитной индукции);
  3. могут быть использованы и другие физические принципы, например оптический, ёмкостной, такие головки распространения не получили[2][3].

Пьезоэлектрические головки[править | править вики-текст]

Стереофоническая пьезоэлектрическая головка ГЗКУ-631Р, вид снизу. В данной позиции для воспроизведения грампластинки установлен кристалл на 33⅓ (если посмотреть сверху, на флажке будут «два перекрещивающихся кольца»).

Принцип действия основан на пьезоэлектрическом эффекте — ряд веществ (пьезоэлектрики) при деформации генерируют электрический ток, на гранях кристалла пьезоэлектрика появляется разность потенциалов.

В корпусе головки находится трубка из материала, обладающего пьезоэлектрическими свойствами, к её концам подведены провода, подключаемые к усилителю низкой частоты[4]. Трубка заполнена вязкой жидкостью, обладающей амортизационными свойствами.

Держатель с закреплённым на нём кристаллом одним своим концом прикреплён через демпфер к пластмассовому корпусу головки, средней частью — к концу пьезоэлектрической трубки. Если головка была стереофоническая — тогда было два пьезоэлектрических элемента (две трубки), а в вершине равнобедренного треугольника (под трубками) находился держатель с кристаллами.

Первый пьезоэлектрический звукосниматель выпущен в продажу в США в 1926 году компанией Brush Development Company (позже фирма переключилась на разработку и производство магнитофонов). Новый звукосниматель выгодно отличался от применявшихся тогда электромагнитных звукоснимателей намного меньшим усилием на игле, отчего и рекламировался как «featherweight stylus», то есть «звукосниматель в весе пера».[5]

Выпускавшиеся в СССР пьезоэлектрические головки устанавливались в недорогие ЭПУ третьего и второго классов, были предназначены для воспроизведения грампластинок на 33⅓, 45 и 78 оборота в минуту. Когда проигрывались долгоиграющие грампластинки (на 33⅓, 45 оборота в минуту) необходимо было ориентировать держатель так, чтобы на «флажке» появился символ «треугольник» (для монофонических головок) или «два перекрещивающихся кольца» (для стереофонических головок). Для воспроизведения старых патефонных пластинок на 78 оборотов в минуту необходимо было развернуть «флажок» на 180 градусов, чтобы читалась надпись «78», на звуковую дорожку вставал другой кристалл. На «78» оборотов вставал кристалл корунда, а на «33⅓» и «45» мог применяться или корунд, или кристалл алмаза, алмазные головки стоили дороже. Категорически не рекомендовалось проигрывать долгоиграющие пластинки в положении иглы «78», это приводило к износу звуковой дорожки, а патефонные пластинки в положении «33⅓» и «45», это могло привести к поломке иглы (кристалла).

С пьезоэлектрическими головками советской промышленностью также выпускались и электрофоны первого класса, например «Вега-101 стерео»[6]

Недостатки пьезоэлектрических головок[править | править вики-текст]

  • Пьезоэлектрические головки обладали повышенной жёсткостью, для правильного воспроизведения грамзаписи требовалась большая прижимная сила. Поэтому пьезоэлектрические головки сильно изнашивали грампластинку (кроме звукоснимателей Micro-Acoustics, которые по всем характеристикам не уступали электромагнитным).
  • Трубки из пьезоэлектрического материала случалось, трескались, вероятно, это объяснялось усталостью материала. Липкая вязкая жидкость вытекала на панель, пачкая её, а также на саму иглу, пачкая уже пластинку.

Магнитные головки[править | править вики-текст]

Принципиальная схема электромагнитной стереофонической головки.
Стереофоническая электромагнитная головка ГЗМ-121 и запасная игла, СССР, 1980-е годы.

В высококлассной аппаратуре получили распространение головки магнитного типа. В основе принципа работы лежит явление электромагнитной индукции.

Звукосниматели на этом принципе хронологически появились первыми — в конце 1910-х гг. — и были широко распространены наряду с появившимися несколько позже пьезоэлектрическими. Ранние электромагнитные звукосниматели, до 1950-х гг. включительно, представляли собой довольно тяжелую и малочувствительную конструкцию, для их удовлетворительной работы требовалась прижимная сила на игле до ста граммов и более, как у граммофонного (механического) звукоснимателя. Пьезоголовки были по сравнению с ними большим шагом вперед, так как работали при прижимной силе порядка десятков граммов. Электромагнитные звукосниматели выпускались в том числе в виде съемного узла, который можно было установить на граммофон или патефон вместо штатной иглы с мембраной.[7]

С появлением новых материалов удалось создать магнитные звукосниматели с гораздо большей гибкостью (меньшей жёсткостью) подвеса, чем пьезоэлектрические, и с меньшей массой подвижной системы. Современные магнитные головки работают при прижимной силе 1…2 г против 5 г и более у современных пьезоэлектрических, они меньше изнашивают пластинку и обладают лучшими частотными характеристиками.

По устройству разделяются на:

  • Электромагнитные (с подвижным постоянным магнитом, находящимся на конце держателя кристалла), расположенные в корпусе головки катушки индуктивности регистрируют изменяющееся магнитное поле. Такие головки обозначаются аббревиатурой MM (англ. moving magnet — подвижный магнит).
  • Магнитоэлектрические (с неподвижными магнитами на корпусе), подвижная (на держателе кристалла) катушка индуктивности регистрирует изменяющееся магнитное поле. Обозначаются аббревиатурой MC (англ. moving coil — подвижная катушка).
  • Комбинированные.

Магнитоэлектрические и комбинированные головки распространены в меньшей степени, чем электромагнитные.

Особенности головок магнитного типа[править | править вики-текст]

  • Генерируют низкую ЭДС, сигнал с магнитных головок звукоснимателя значительно ниже по амплитуде, чем с пьезоэлектрических: у электромагнитных головок — 4—5 мВ, у магнитоэлектрических головок — около 0,2 мВ.
  • Амплитудно-частотная характеристика головок магнитного типа очень далека от линейной.

Эти два фактора требуют, чтобы головки магнитного типа подключались к усилителю низкой частоты через предварительный усилитель-корректор.

Тонарм[править | править вики-текст]

Электрофон Technics SL-Q6 с тангенциальным тонармом (вверху, в поднятой крышке).
Электрофон Revox B 790, тангенциальный тонарм опущен.

Тонáрм (нем. Tonarm, от Ton «звук» и Arm «рука») — рычаг на проигрывателе грампластинок (электрофоне), к которому крепится головка звукоснимателя с иглой.

Различают два типа тонармов:

  • Тангенциальный тонарм (их называют также тонармами с линейным трекингом) — относительно пластинки движется весь тонарм, головка звукоснимателя перемещается радиально, также как и резец при записи грампластинки. Сложная механическая конструкция, перемещение тонарма, как правило, происходит электроприводом со следящей системой. Получил малое распространение из-за сложности устройства при весьма небольшом выигрыше в качестве воспроизведения.
  • Радиальный тонарм (их называют также рычажными тонармами) — имеют неподвижную ось вращения вне грампластинки, позволяющую расположенной на конце тонарма головке звукоснимателя беспрепятственно двигаться по дуге окружности, следуя за звуковой дорожкой вращающейся пластинки. Главное преимущество, по сравнению с тангенциальным тонармом, простота устройства и невысокая стоимость.

По внешнему виду можно выделить:

  • Прямой тонарм.
  • J- или S-образные тонармы.

Перемещение тонарма[править | править вики-текст]

Тонарм тангенциального типа обеспечивает игле точное повторение пути, пройденное резцом рекодера при записи грампластинки. Продольная ось головки звукоснимателя всегда ориентирована по касательной к звуковой дорожке, искажения звука отсутствуют.

Электрофон «Вега-109 стерео», ЭПУ польской фирмы Unitra (Hi-fi), схема радиального S-образного тонарма.

Радиальный тонарм представляет собой штангу, укреплённую одним концом на вертикальной оси вращения, на другом конце располагается головка с иглой.

Так как резец при записи движется по радиусу, продольная ось суппорта ориентирована перпендикулярно к радиусу по касательной к звуковой канавке, а игла при воспроизведении по дуге окружности, то между осью головки радиального тонарма и касательной звуковой канавки образуется угол, приводящий к искажениям звука при воспроизведении (угловые искажения). Осевая линия головки расположена строго по касательной к звуковой дорожке только в двух точках на грампластинке. При неправильной регулировке тонарма эта точка может быть одна или вообще отсутствовать.

Для уменьшения угловых искажений головка повёрнута влево на угол коррекции , образованный осевой линией головки и линией, соединяющей ось вращения и иглу.

Можно отметить следующие установочные параметры тонарма:

  • база тонарма — расстояние от вертикальной оси вращения тонарма до центра вращения грампластинки
  • длина тонарма — расстояние от вертикальной оси до конца иглы
  • расстояние от оси вращения грампластинки до иглы —

Формула, описывающая перемещение тонарма, выглядит так:

,

следовательно, синус угла , на который должна быть повёрнута головка, должен быть

.

При неизменной базе тонарма , изменяя длину тонарма , можно построить график, отражающий зависимость угла (или ) от положения иглы на пластинке (при разных ).

Например, если база тонарма мм, а длина тонарма мм, тогда угол коррекции будет равен .
При радиусах , равных и мм, осевая линия головки будет направлена строго по касательной, а в крайних положениях на звуковой дорожке угол не будет совпадать с касательной на , что приемлемо для высококачественного воспроизведения звука (расчёт произведён для грампластинки максимального диаметра 300 мм).

Теоретически, если изготовить тонарм очень большой длины, то в узком секторе грампластинки дуга окружности будет приближаться к прямой, а угол коррекции стремиться к нулю, однако электропроигрывающие устройства выпускаются разумных размеров.

Форма тонарма не оказывает влияния на его технические характеристики математической формуле отсутствует фактор, определяющий форму тонарма), должна повышать удобства его эксплуатации и соответствовать требованиям технической эстетики.

Существуют радиальные тонармы с компенсацией угловой погрешности, головка звукоснимателя закреплена шарнирно, дополнительная тяга автоматически разворачивает её на угол, пропорциональный углу поворота штанги тонарма. Ввиду большой сложности широкого распространения не получили.

Балансировка радиального тонарма[править | править вики-текст]

«Вега-109 стерео», противовес тонарма. Дополнительной рукояткой можно изменить рабочую длину штанги тонарма.

Для того, чтобы регулировать прижимную силу, применяется балансировка тонарма, наиболее часто используется регулируемый противовес. В высококлассных ЭПУ противовес прикреплён к штанге через демпфер для устранения низкочастотного резонанса. Возможно регулирование рабочей длины штанги тонарма.

Скатывающая сила[править | править вики-текст]

Схема, поясняющая образование скатывающей силы. Обратите внимание: на рисунке справа тонарм приблизился к центру пластинки, скатывающая сила несколько уменьшилась.
Рычажный компенсатор скатывающей силы стремится развернуть тонарм наружу, от центра пластинки. Перемещаемый грузик позволяет производить регулировку.

Когда игла (имеется в виду радиальный тонарм) находится на движущейся звуковой дорожке грампластинки, на неё действуют следующие силы: сила трения , вектор которой направлен строго по касательной к звуковой дорожке и сила тяги (реакция тонарма, обусловленная его жёсткостью) . Между этими двумя векторами имеется непостоянный угол , изменяющийся при перемещении тонарма в результате проигрывания пластинки. Следовательно, появляется скатывающая сила , смещающая тонарм к центру диска.

Можно определить величину скатывающей силы: . Так как сила тяги равна произведению прижимной силы звукоснимателя на коэффициент трения между иглой и грампластинкой, тогда: .

Скатывающая сила составляет примерно 1/10 от прижимной силы.

Коэффициент трения иглы со сферическим острием о звуковую дорожку приблизительно равен , тогда ;
Коэффициент трения иглы с эллиптическим острием о звуковую дорожку приблизительно равен , тогда .
Предположим, что угол между осевой линией тонарма и осевой линией головки равен , тогда:
для сферической иглы ;
для эллиптической иглы

Для компенсации скатывающей силы тонарм оснащается специальными устройствами, компенсирующими этот эффект (разворачивающими тонарм наружу). Для компенсации скатывающей силы чаще всего применяют пружинный механизм, через блок перекинута нить с подвешенным на ней грузиком, взаимно отталкивающиеся постоянные магниты, рычажный механизм, наклонная плоскость. Можно регулировать величину противодействия скатывающей силе. В ЭПУ низших классов компенсатор скатывающей силы может отсутствовать.

Дополнительные устройства[править | править вики-текст]

«Вега-323 стерео», рычаг автостопа поворачивается совместно с тонармом. Как только его конец коснётся стержня, закреплённого на вращающемся диске для грампластинок, механизм поднимет тонарм и вернёт его на стойку, электродвигатель отключится.

Для уменьшения сил трения, повышения плавности и точности работы оси высококлассных тонармов поворачиваются в подшипниках качения (шарикоподшипники и игольчатые подшипники).

Для плавного опускания иглы на звуковую дорожку предназначен микролифт. Если ставить звукосниматель на пластинку рукой, то можно повредить иглу (сломать кристалл). В микролифтах используются демпферы (замедлители) различных конструкций: электромагнитные, рычажные, пружинные. В ЭПУ польской фирмы Unitra шток опускался в цилиндр, заполненный жидкостью с очень большой вязкостью.

Как только игла дойдёт до последней спирали звуковой дорожки срабатывает встроенный в ЭПУ автостоп. Игла поднимается над пластинкой, электродвигатель, вращающий диск, отключается. В некоторых ЭПУ происходит возврат тонарма на стойку. Автостоп может быть отключен, например, при проигрывании нестандартных пластинок (сувенирных, очень малого диаметра). В ЭПУ третьего и второго классов автостоп с механическим срабатыванием, в панелях первого и высшего классов применяются оптические и магнитные (герконовые) датчики.

Литература[править | править вики-текст]

  • Черкунов В. К. Конструирование любительских проигрывателей. — Москва: Энергия, 1980. — 112 с.
  • Аполлонова Л. П., Шумова Н. Д. Грамзапись и её воспроизведение. — Москва: Энергия, 1973. — 72 с.
  • Бодкин В. М. Электропроигрывающие устройства. — Москва: Энергия, 1972. — 104 с.
  • Черкунов В. К. Электромагнитный микролифт. — «Радио», 1975, № 2. — С. 36-38.
  • Бродкин В. М. Электропроигрывающие устройства. 2-е изд. Массовая радиобиблиотека, выпуск 1013. — М.:Энергия, 1980
  • Дегрелл Л. Проигрыватели и грампластинки. Перевод с венгерского В. К. Пискарева под редакцией Ю. А. Вознесенского. — М.: «Радио и связь», 1982

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Радиола «Урал» серии 57. Инструкция по эксплуатации
  2. Лазерный проигрыватель для виниловых грампластинок. Журнал «Наука и жизнь», № 2 (февраль) 2015 г.
  3. Лазерный проигрыватель для виниловых грампластинок был выпущен в Японии в 1988 году.
  4. Для пьезоэлектрической головки не требуется фонокорректор. Единственное требование к УНЧ, работающему с пьезоэлектрической головкой — как можно более высокое входное сопротивление. Это обусловлено тем, что эквивалентная схема пьезоэлектрической головки представляет собой последовательно соединённые источник напряжения и конденсатор довольно малой ёмкости. Поэтому входное сопротивлние усилителя образует с этой ёмкостью паразитный ФВЧ, который может создать завал низких звуковых частот.
  5. History of the manufacturer. Brush Development Co.; Cleveland, Ohio
  6. «Вега-101 стерео»
  7. Бектабегов А. К., Жук М. С. Граммофонные звукосниматели. — М.-Л.:Госэнергоиздат, 1950

Ссылки[править | править вики-текст]